DE4237608A1

DE4237608A1 - Integrierte Halbleiteranordnung mit Standardelementen

Info

Publication number: DE4237608A1
Application number: DE4237608A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Mischel; Ulrich Wicke; Jasbeer-Singh Suri
Original assignee: Temic Telefunken Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1992-11-06
Filing date: 1992-11-06
Publication date: 1994-05-11
Also published as: US5523611A

Description

Die Erfindung betrifft eine monolithisch integrierte Halbleiteranordnung mit einer Reihe von Standardelemen ten, die anhand einer oder mehrerer Leitbahnebenen zu unterschiedlichen Schaltungsanordnungen verbunden wer den können.

Derartige Anordnungen finden insbesondere im Bereich der kundenspezifischen integrierten Schaltkreise Verwendung und sind z. B. aus der EP-PS 20 116 bekannt. Dort wird eine Anordnung mit einer Vielzahl von vorge fertigten Basiszellen auf einem Halbleiterchip be schrieben. Die Basiszellen enthalten jeweils Transisto ren, Dioden, Widerstände und weitere Bauteile. Die An ordnung der vorgefertigten Basiszellen wird in großen Stückzahlen hergestellt, ohne daß dabei Schaltungen auf dem Halbleiterchip ausgebildet werden. Die Ausgestal tung von Schaltungsanordnungen erfolgt anschließend an hand der Leitbahnebenen. Da für diesen Prozeßschritt je nach Komplexität der Schaltungsanordnung nur wenige Masken erforderlich sind, kann die Produktion in klei nen Stückzahlen und nach Kundenwünschen erfolgen. Da durch können Kleinserien kundenspezifischer Schaltkrei se kostengünstig hergestellt werden.

Aus der DE-PS 40 06 504 ist eine monolithische Schal tungsanordnung zur Detektion, Verstärkung und Verarbei tung von Lichtsignalen bekannt. Nachteilig bei dieser bekannten monolithischen Schaltungsanordnung ist je doch, daß sie für eine kostengünstige Produktion in Kleinserien nicht geeignet ist. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Halbleiteranordnung anzugeben, die eine kostengünstige Entwicklung und Produktion von Schaltungsanordnungen mit integriertem Lichtempfänger in Kleinserien ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine integrierte Halb leiteranordnung mit den im Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung er folgt gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.

Im folgenden sei ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figur erläutert.

Die Figur zeigt eine Ausführungsform der erfindungsge mäßen Halbleiteranordnung. Auf dem Halbleiterchip 1 sind eine Anzahl von Basiszellen 2, eine Anzahl von Ausgangstransistoren 3 und eine Anzahl von Kapazitäten 5 angeordnet. Alle Basiszellen sind identisch aufgebaut und enthalten jeweils die gleiche Anzahl von Bauelemen ten, npn- und pnp-Transistoren und Widerstände. Die An zahl, Auswahl und Anordnung der Bauelemente erfolgt derart, daß mit einer Basiszelle 2 ein kompletter Funk tionsblock der Schaltungsanordnung realisiert werden kann. Dies geschieht, falls erforderlich unter Mitein beziehung der Ausgangstransistoren 3 und/oder der Kapa zitäten 5. Die mit einer Basiszelle 2 realisierbaren Funktionsblöcke umfassen einen Operationsverstärker mit Frequenzgangkompensation, verschiedene Verstärker, ei nen Integrator, einen Komparator und einen Schmitt- Trigger. Es sind natürlich auch weitere, evtl. auch die Basiszellen 2 übergreifende, vom Benutzer frei defi nierbare Funktionseinheiten gestaltbar. Die Ausgangs transistoren 3 sind vorzugsweise zum Treiben von Lasten am Ausgang der Schaltung vorgesehen. Erfindungsgemäß sind in der Halbleiteranordnung 1 auch eine Anzahl von Fotodioden 4 integriert. Vorteilhafterweise ist nicht eine große Fotodiode, sondern eine Anzahl von in Reihen und Spalten angeordneten Fotodioden 4 vorgesehen. Die Fotodioden 4 lassen sich wie auch die Basiszellen 2 und die übrigen Standardelemente untereinander sowie mit den übrigen Standardelementen nach Kundenbedürfnissen verschalten. Durch die Anordnung der Fotodioden 4 in Reihen und Spalten zu einem Array können aufgrund der Verschaltung durch die Leitbahnebenen unterschiedliche Detektoren entstehen. So lassen sich z. B. alle Foto dioden zu einem großen, lichtempfindlichen Detektor zu sammenschalten. Durch das Parallelverschalten von Foto diodenzellen und Auswerteschaltungen lassen sich z. B. mehrkanalige Detektoreinrichtungen auf einfache Weise herstellen. Ein anderes Beispiel sieht vor, vier be nachbarte Fotodioden zu einem Quadrantendetektor zu verschalten. Weiterhin ist es möglich, einzelne oder mehrere Fotodioden mit einer Leitbahnschicht teilweise oder vollständig abzudecken.

Im Ausführungsbeispiel nach der Figur ist zwischen zwei Reihen von Basiszellen 2 eine Reihe der Kapazitäten 5 angeordnet, um optimalen Zugriff darauf zu haben. Vor teilhafterweise sind die Basiszellen 2 der zweiten Rei he gespiegelte Abbilder der Basiszellen 2 der ersten Reihe, so daß jeweils die gleichen Bereiche der Basis zellen 2 den Kapazitäten 5 zugewandt sind.

In dem für die Ausgangstransistoren 3 vorgesehenen Be reich sind eine Reihe von Anschlußpads 6 vorgesehen, durch die der externe Anschluß der noch zu gestaltenden Schaltungsanordnung erfolgen kann.

Das Herstellen einer Schaltung geschieht nun aus schließlich über die Leitbahnebenen auf den vorgefer tigten Wafern. Beim Entwurf stehen einzelne Funktions blöcke als Bibliothekselemente zur Verfügung und können vom Entwickler abgerufen werden. Durch diese Maßnahmen kann die zur Erstellung von optischen Sensoren benötig te Zeit deutlich reduziert werden.

Kundenspezifische Schaltkreise mit integrierten Foto dioden lassen sich mit einem solchen Konzept bereits in Kleinserien kostengünstig und kurzfristig herstellen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die Halbleiteranordnungen bei deren Herstel lung derart auf einem Halbleiterwafer zu plazieren, daß jeweils vier Halbleiteranordnungen zu einem Block zu sammengefaßt werden. Dabei wird die Anzahl Fotodioden reihen und Fotodiodenspalten jeweils verdoppelt. Durch Spiegelungen der Halbleiteranordnung sollen im Vierer block immer die Fotodioden aneinandergrenzen. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Ausgangstransistoren am Rande des Viererblocks liegen. Auf dem Wafer werden be nachbarte Anordnungen durch Leitbahnen zu einer einzi gen Schaltungs- bzw. Detektoranordnung verbunden. Wer den zum Beispiel zwei Anordnungen verbunden, so ent steht eine großflächigere Anordnung mit der doppelten Anzahl von Standardelementen 2 bis 6. Anwendungen, die eine größere Anzahl von Standardelementen oder eine an dere räumliche Anordnung der Fotodiodenzellen erfor dern, können nun durch Zusammenlegung mehrerer Halblei teranordnungen auf dem Wafer realisiert werden, ohne die vorgefertigten Wafer in ihrer Struktur zu ändern.

Dadurch wird das Konzept der kundenspezifischen Schalt kreise mit integrierten Fotodioden extrem flexibel.

Claims

1. Monolithisch integrierte Halbleiteranordnung (1) mit einer Reihe von Standardelementen (2-6), die anhand einer oder mehrerer Leitbahnebenen miteinander zu un terschiedlichen Schaltungsanordnungen verbunden werden können, bestehend aus

- einer Anzahl von Basiszellen (2) mit npn- und pnp- Transistoren und mit Widerständen,
- einer Anzahl großflächiger Kapazitäten (5),
- einer Anzahl von Ausgangstransistoren (3)
- und einer Anzahl von in Reihen und Spalten ange ordneten Fotodioden (4).

2. Monolithisch integrierte Halbleiteranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis zellen die Anzahl großflächiger Kapazitäten (5) um geben.

3. Monolithisch integrierte Halbleiteranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiszellen (2) in der Hauptsache der Signalverarbei tung dienen.

4. Monolithisch integrierte Halbleiteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß vorzugsweise innerhalb einer Basiszelle (2) ein Funktionsblock der Schaltungsanordnung mit Hilfe einer oder mehrerer Leitbahnebenen realisiert ist.

5. Monolithisch integrierte Halbleiteranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß ein Funktionsblock der zu bildenden Schal tungsanordnung basiszellenübergreifend und unter Mit einbeziehung weiterer Standardelemente gebildet wird.

6. Monolithisch integrierte Halbleiteranordnung (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsblock beispielsweise ein Verstärker, ein Inte grator, ein Komparator oder ein Schmitt-Trigger ist.

7. Anordnung von monolithisch integrierten Halb leiteranordnungen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auf einem Halbleiterwafer, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei auf dem Halbleiterwafer benachbarte Halbleiteranordnungen (1) durch die Leitbahnebenen der art miteinander verbunden werden, daß eine einzige Halbleiteranordnung mit vergrößerter Fläche und einer vielfachen Anzahl von Standardelementen entsteht.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteranordnungen (1) sich auf dem Wafer in Viererblöcken wiederholen, wobei die in Reihen und Spalten angeordneten Fotodioden der einzelnen Halblei teranordnungen eines Viererblocks aneinandergrenzen und wobei die Ausgangstransistoren der einzelnen Halblei teranordnungen am Rand des Viererblocks liegen.